[發明專利]一種多直徑巖芯液壓致裂抗拉強度快速試驗機

有效

• 申請號: 201310449298.X
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103471923A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王成虎
• 申請（專利權）人: 中國地震局地殼應力研究所
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明涉及一種巖石性質測試設備，具體涉及一種多直徑巖芯液壓致裂抗拉強度快速試驗機。

背景技術

目前測試巖石抗拉強度的試驗機有多種，但是從原理上來講，與水壓致裂抗拉強度試驗機的力學原理有較大區別。

現有的測試巖石抗拉強度的試驗方式大致有四種，即巖石直接拉伸實驗、圓盤劈裂法實驗、正方形板對軸壓裂試驗和條狀巖梁彎曲拉伸試驗。巖石直接拉伸試驗與金屬材料拉伸試驗相類似，但是由于巖石系脆性材料，要將其加工成細長的圓柱體比較費工，而且加工成品率很低，并且要使夾具拉力與試件軸線保持重合也比較困難，所以該方法的使用受到限制。

圓盤劈裂試驗亦稱巴西試驗，這種方法起源于南美洲。它是將經加工的圓盤狀或正方形板狀試件，橫置于壓力機的承壓板間，并在試件的上、下承壓板之間各放置一根硬質鋼絲作為墊條，然后加載使試件受壓，試件沿徑向產生張拉破壞，以求其抗拉強度。正方形板對軸壓裂試驗方法提出于20世紀50年代中期，該方法在試件上、下端面上，用壓模加載直至試件破壞，但是這種試驗方法試件仍屬雙向應力狀態下的拉伸破壞，該試驗方法的試件應力分布較復雜，無解析解。條狀巖梁彎曲拉伸試驗方法是將巖石加工成矩形斷面的條形狀后，置于特制支座上加載，試件在梁的下邊緣受拉伸而斷裂，計算出巖石的抗拉強度。

目前常用的四種巖石抗拉強度的實驗方法受到材料加工及解析計算方法的限制，無法大范圍使用，并且其計算方法的準確性仍無法保證，所以需要一種新的測試巖石抗拉強度的試驗機。水壓致裂原地應力測試過程能夠克服現有測試方法的不足，因此需要一種多直徑巖芯液壓致裂抗拉強度快速試驗機來模擬測定水力壓裂過程中巖樣的抗拉強度。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種多直徑巖芯液壓致裂抗拉強度快速試驗機，該試驗機可以監測和記錄巖樣水壓致裂破壞的整個壓裂測試過程，快速確定巖石液壓壓裂時的抗拉強度定量值，測試原理和過程嚴謹可靠，對實驗巖樣的要求較低，并且試驗機的操作過程和運輸方式簡便。

為解決上述問題，本發明采用技術方案為：

一種多直徑巖芯液壓致裂抗拉強度快速試驗機，試驗機設有機箱，機箱上設有用于向巖樣加壓的液壓加壓系統、巖樣加載與夾持系統、用于采集實驗數據的數據采集系統和用于控制實驗過程的操作控制系統；巖樣為圓柱體形巖樣，巖樣的上底面鉆造有一個軸向盲小孔，盲小孔直徑為巖樣直徑的1/5～1/6，巖樣的高度與直徑長度相同，巖樣可以直接采用地質取芯所得的巖芯來制備。

本發明為了能夠較好的夾持巖樣以完成準備的測量實驗，提高試驗機的測試精確度，較佳的技術方案有，巖樣加載與夾持系統的小車板設置于機箱上端底座的縱向滑軌上，小車板上端設有工作臺，小車板移動時帶動工作臺運動，使工作臺能夠移出以方便取放巖樣；工作臺的上側中央設有用于保持巖樣位于豎向軸線的球座和球頭，巖樣的下底面放置于球頭上，巖樣放置于球頭上以保持巖樣的軸線與液壓油缸和球頭的軸線重合，以使得在液壓油缸對巖樣施加軸線方向的壓力時避免巖樣受力不均發生傾斜，使試驗不準確甚至中斷；巖樣和球座的外側工作臺上設有防護罩，防護罩能夠在試驗過程中保護試驗機及操作人員的安全，防止巖樣因受力過大發生炸裂而損傷人員；工作臺下方設有豎向設置的用于為巖樣提供軸向壓力的液壓油缸；底座的兩端設有兩個豎向立柱，立柱上端設有水平的上橫梁，豎向立柱和橫梁形成反力架，用于給巖樣施加反作用力,橫梁用于安放注液塊；，上橫梁的中央下端設有用于向巖樣的盲小孔加壓的注液塊，注液塊的下端中央設有與巖樣盲小孔相對的注液孔，油液從電動油泵注入注液孔，向巖樣的盲小孔加壓；注液塊的下端外側設有與防護罩配合的防護罩蓋。

本發明為了實現對于巖樣試驗壓力的便捷精確調控，以得到精確的試驗數據，較佳的技術方案還有，液壓加壓系統包括電動油泵和油箱，電動油泵通過設有第一液壓控制閥、節流閥、單向閥、換向閥和調速閥的高壓連接油管與注液塊的注液孔連接；電動油泵通過設有第二液壓控制閥的高壓連接油管與液壓油缸連接。

本發明為了能夠高效準確采集試驗中的壓力數據，得到準確的試驗結果，較佳的技術方案還有，數據采集系統包括用于測量注液塊向巖樣施加壓力大小的壓力傳感器、壓力數顯儀和用于傳輸監測數據的數據傳輸系統，壓力傳感器設置于注液塊中；數據傳輸系統將監測數據通過數據線路傳輸至計算機，計算機通過數據處理和分析得出巖樣的抗拉強度測試結果。